近年来,半导体激光器技术迅速发展,随着功率的日益增大,集成度的不断提高,产生的热流密度也随之增长,传统的冷却器件已无法满足散热要求,微通道热沉作为新型散热器件应运而生。随后,由于集成式微通道热沉散热能力更突出,热阻更小且兼容性好而备受关注。但是温度分布不均匀和热应变大成为制约大功率半导体激光器列阵发展的重要问题。本文以微通道热沉在大功率半导体激光器上的应用为背景,对双相微通道热沉进行了三维数值研究,并对影响微通道热沉散热以及封装热应变的参数做了深入的探讨。根据热沉整体热阻理论分析,对微通道热沉的传热特性进行了研究,并根据数值研究结果对常规五层无氧铜微通道热沉的特征尺寸进行了优化设计,将改进后的微通道热沉的散热性能和传统微通道热沉做了比较。同时提出了一种新型的改善微通道热沉与激光器砷化镓芯片封装热效应的方法,用钨铜材料作为热沉材料,运用有限元分析法,对复合微通道热沉的热应变进行了数值计算和分析,最后制备出符合大功率半导体激光器散热及封装要求的复合微通道热沉。上述研究表明:(1)和传统微通道热沉相比,改进后的复合微通道热沉具有更小的水力直径,更小的热阻和更好的温度均匀性,热阻大约为0.25℃/W,比传统微通道热沉降低了30%~50%;(2)复合微通道热沉具有更小的热应变,smile值可以控制在1μm以内;(3)复合微通道热沉各层厚度具有一个最优比例,并且最优比例受壁面最高温度的影响,同时也影响着微通道热沉整体热膨胀系数的影响;(4)复合微通道热沉在热阻和热应变两方面,都远胜于传统微通道热沉。本文的研究结果和结论对微通道热沉的设计具有重要的指导意义。